課程設計論文千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)設計

1、機電工程學院課程設計說明書設計題目: 千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)設計 學生姓名： 學 號： 20094805 專業(yè)班級： 機制F 09 指導教師： 2012年 12 月 13日內容摘要 在本設計中采用裝在動力滑臺上左，右兩個動力頭同時進行切削。動力頭的快進、工進及快退由液壓缸驅動。液壓系統(tǒng)采用兩位四通電磁閥控制，并用調整死擋鐵的方法實現(xiàn)位置控制。主要介紹了通過PLC控制系統(tǒng)，設計了千斤頂液壓缸加工機床電氣控制，并設計了千斤頂液壓缸加工機床電氣控制梯形圖，千斤頂液壓缸加工機床控制硬件配置連線圖，基于PLC的機床電氣控制系統(tǒng)的控制圖。 關鍵字: 液壓缸；PLC控制系統(tǒng)；梯形圖；主電路圖；硬件

2、配置連線圖第1章 引言.11.1 PLC的基本概念11.2 PLC的基本結構 11.3 PLC的工作原理2第2章 設計思路42.1設計要求42.2控制要求42.3 硬件系統(tǒng)設計6第3章 電路設計93.1主電路圖93.2硬件配置接線圖10第4章 程序設計104.1程序梯形圖114.2程序指令表19結論26設計總結27謝辭28參考文獻.29第1章 引言本課程設計的內容是千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)的設計。其要求如下：1.控制要求：(1) 左右動力頭旋轉切削由電動機M1集中傳動，切削時冷卻泵電動機同時運轉。(2) 只有在液壓泵電動機M3工作，油壓達到一定壓力（壓力繼電器檢測）后，才能進行其他的控

3、制。(3) 機床即能半自動循環(huán)工作，又能對各個動作單獨進行調整。(4) 要求有必要的電氣連鎖與保護，還有顯示與安全照明。2.控制過程及原理：千斤頂液壓缸兩端面的加工，采用裝在動力滑臺的左、右兩動力頭同時進行加工切削，機床屬于雙面單工位組合機床。千斤頂液壓缸兩端面加工機床由兩個液壓滑臺、動力箱、固定式夾具、底座、床身和液壓站等部件組成。千斤頂液壓缸兩端面加工時，將工件放在工作臺上并加緊，當工件加緊后發(fā)出加工命令，左、右滑臺開始快進，當接近加工位置時，左、右滑臺變?yōu)楣みM進給，直到加工完成后再快退返回。至原來左、右滑臺分別停止，并將工件放松取下，工作循環(huán)結束。即工作循環(huán)如下：工件定位 - 工件夾緊-

4、 滑臺入位 - 加工零件 - 滑臺復位- 夾具松開。1.1 PLC的基本概念早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller,PLC)它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種采用微型計算機技術的工業(yè)控制裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱PC。但是為了避免與個人計算機(Personal Computer)的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱PLC。1.2 PLC的基本結構PLC實質是一種專用于工業(yè)控制的計算機，其硬件結構基本上與微型計算機相同，基本構成為： a、電源 PLC的電源在整個系

5、統(tǒng)中起著十分重要的作用。一般交流電壓波動+10%(+15%)范圍內、，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。b、中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是PLC的控制中樞。它按照PLC系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；當PLC投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停

6、止運行c、存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。d、輸入輸出接口電路1、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是PLC與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。2、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。e、功能模塊如計數(shù)、定位等功能模塊。f、通信模塊1.3 PLC的工作原理當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。 輸入采樣階段 在輸入采樣

7、階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該

8、邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的

9、值不會被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 輸出刷新階段 當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅動相應的外設。這時，才是PLC的真正輸出。第2章 設計思路2.1設計要求本機床用于千斤頂液壓缸兩個端面的加工，采用裝在動力滑臺上的左、右兩個動力頭同時進行切削。動力頭的快進、工進及快退由液壓缸驅動。液壓系統(tǒng)采用兩位四通電磁閥控制，并用調整死擋鐵的方法實現(xiàn)位置控制。機床的工作程序是：(1)工件定位 人工將零件裝入夾具后，定位液壓缸動作，工件定位。(2)工

10、件夾緊 零件定位后，延時15s，夾緊液壓缸動作使零件固定在夾具內，同時定位液壓缸退出以保證滑臺入位。(3)滑臺入位 滑臺帶動動力頭一起快速進入加工位置。(4)加工零件 左右動力頭進行兩端面切削加工，動力頭到達加工終點位置即停止工進，延時30s后停轉，快速退回原位。(5)滑臺復位 左右動力頭退回原位后，滑臺復位。(6)夾具松開 當滑臺復位后夾具松開，取出零件。以上各種動作由電磁閥控制，電磁閥動作要求見表2-1。表2-1 電磁閥動作要求YV1YV2YV3YV4YV5定位夾緊入位工進退位復位放松注：“+”號表示電磁閥得電。2.2 控制要求控制要求如下： (1)左右動力頭旋轉切削由電動機M1集中傳動，

11、切削時冷卻泵電動機同 時運轉。 (2)只有在液壓泵電動機M3工作，油壓達到一定壓力（壓力繼電器檢 測）后，才能進行其他的控制。 (3)機床即能半自動循環(huán)工作，又能對各個動作單獨進行調整。 (4)要求有必要的電氣連鎖與保護，還有顯示與安全照明。 (5)控制信號說明如 表2-2所示。 (6)相關參數(shù)： 動力頭電動機M1：Y100L-6，1.5 kW，AC380V，4.0A。 冷卻泵電動機M2：JCB-22，0.15kW，AC380V，0.43A。 液壓泵電動機M3：Y801-4，0.55kW，AC380V，1.6A。 電磁閥YV1YV5：100mA，AC220V。 指示燈HL1HL8：10mA，D

12、C24V。 表2-2 控制信號說明輸入 輸出 文字符號 說明 文字符號 說明SA1-1機床半自動循環(huán)控制轉換開關KM1動力頭M1、冷卻泵M2接觸器SA2-1手動定位控制轉換開關KM2液壓泵M3接觸器SA3-1手動入位控制轉換開關YV11#電磁閥SA3-2手動工進控制轉換開關YV22#電磁閥SA3-3手動退位控制轉換開關YV33#電磁閥SB1動力頭M1、冷卻泵M2起動按鈕YV44#電磁閥SB2動力頭M1、冷卻泵M2停止按鈕YV55#電磁閥SB3液壓泵M3起動按鈕HL1動力頭M1、冷卻泵M2運行指示SB4液壓泵M3停止按鈕HL2液壓泵M3運行指示KM1動力頭M1、冷卻泵M2運行信號HL3半自動循環(huán)

13、工作指示KM2液壓泵M3運行信號HL4定位指示FR1動力頭M1、冷卻泵M2過載信號 HL5入位指示KP壓力繼電器油壓檢測信號HL6工進指示SQ動力頭工進終點位置檢測信號HL7退位指示  HL8故障指示2.3 硬件系統(tǒng)設計2.3.1 I/O點數(shù)確定及PLC機型選擇由上述控制要求可知系統(tǒng)可采用自動工作方式，也可以采用手動工作方式.輸入有16點，輸出有15點，并考慮余量要求，因此系統(tǒng)采用24輸入，16輸出的PLC.所以系統(tǒng)屬于小型控制系統(tǒng)，其中選型范圍較寬，現(xiàn)選用西門子公司的S7-200，CPU226型PLC。2.3.2 I/O分配表千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)PLC輸入地址

14、分配表如下:表2-3 輸入地址分配表文字符號說明輸入地址KP壓力繼電器油壓檢測信號I0.0SB1動力頭M1、冷卻泵M2起動按鈕I0.1SB2動力頭M1、冷卻泵M2停止按鈕I0.2SB3液壓泵M3起動按鈕I0.3SB4液壓泵M3停止按鈕I0.4SA1-1機床半自動循環(huán)控制轉換開關I0.5SA2-1手動定位控制轉換開關I0.6SA3-1手動入位控制轉換開關I0.7SA3-2手動工進控制轉換開關I1.0SA3-3手動退位控制轉換開關I1.1FR1動力頭M1、冷卻泵M2過載信號I1.4SQ動力頭工進終點位置檢測信號I1.5SQ1定位終點位置檢測信號I1.6SQ2入位終點位置檢測信號I1.7SQ3液壓夾

15、緊檢測信號I2.0SQ4退位終點檢測信號I2.1千斤頂液壓缸加工機床電氣控制系統(tǒng)PLC輸出地址分配表如下:表2-4 輸出地址分配表文字符號說 明輸出地址HL1動力頭M1、冷卻泵M2運行指示Q0.0HL2液壓泵M3運行指示Q0.1HL3半自動循環(huán)工作指示Q0.2HL4定位指示Q0.3HL5入位指示Q0.4HL6工進指示Q0.5HL7退位指示Q0.6HL8故障指示Q0.7YV11#電磁閥Q1.0YV22#電磁閥Q1.1YV33#電磁閥Q1.2YV44#電磁閥Q1.3YV55#電磁閥Q1.4KM1動力頭M1、冷卻泵M1接觸器Q1.5KM2液壓泵M3接觸器Q1.62.4程序流程圖 當夾具松開之后，若再

16、來一個零件則重新定位，開始循環(huán)。若需要手動調節(jié)，則在每步動作時按下相應的轉換開關，執(zhí)行相應的工序。第3章 電路設計3.1 主電路圖其中M1帶動動力頭，M2帶動冷卻泵，M3帶動液壓泵。KM1為M1，M2的接觸器。KM2為M3的接觸器。左右動力頭旋轉切削由電動機M1集中傳動，切削時冷卻泵電動機M2同時運轉。M3帶動液壓泵，只有在液壓泵電動機M3工作，油壓達到一定壓力（壓力繼電器檢測）后，才能進行其他的控制。主電路圖如下所示。 圖3-1 主電路圖3.2 硬件配置接線圖根據(jù)信號輸入輸出的類型及控制的主電路，繪制I/0連接圖如圖3-2所示。圖3-2 I/O接線圖第4章 程序設計4.1程序梯形圖將零件裝入

17、夾具中，按下液壓泵M3的啟動按鈕SB3（I0.3）啟動電機M3，接觸器KM2（Q1.6）得電自鎖，KM2閉合，當壓力達到一定值之后，KP(I0.0)閉合，當半自動轉換開關閉合（I0.5)，定位轉換開關SA2-1(I0.6)閉合，從而使電磁閥YV1(Q1.0)得電閉合，定位指示燈HL4(Q0.3)亮，工件開始定位.零件定位之后，開始延時，延時15S之后電磁閥YV2(Q1.1)開始得電，加緊液壓缸動作使零件固定在夾具里，同時定位液壓缸退出以保證滑臺入位.然后按下動力頭M1，冷卻泵M2的啟動按鈕KM1啟動，接觸器KM1得電，指示燈HL1亮，同時入位轉換開關SA3-2(I0.7)閉合，電磁閥YV4，Y

18、V5得電，滑臺帶動動力頭一起快速進入加工位置,入位指示燈HL5(Q0.4)亮.入位之后，當工進轉換開關SA3-3(I1.0)得電時，電磁閥YV4(Q1.3)置位，同時工進指示燈HL6(Q0.5)亮，左右動力頭開始進行兩端面切削加工.當動力頭到達加工終點位置即停止工進，此時檢測開關SQ1(I1.5)得電閉合使YV4復位斷電，延時30S后復位KM1斷.退位轉換開關SA3-3閉合，退位電磁閥YV3(Q1.2)得電動作，同時退位指示燈HL7亮，動力頭開始退回原位。 左右動力頭退回原位后，滑臺復位，退位終點檢測信號開關SQ2(I2.1)動作，復位接觸器Y3，使夾具松開，取出零件。4.2 程序指令表TIT

19、LE=Network 1 / 網(wǎng)絡標題/ m3啟動LD I0.3O M0.0AN I0.4AN I1.3AN I1.4= M0.0Network 2 / M3 運行LD M0.0= Q0.1= Q1.6Network 3 / 動力頭m1和 m2 啟動LD I0.1O M0.1AN I0.2AN I1.2AN I1.4= M0.1Network 4 / 動力頭 m1 和m2運行 LDN M5.6AN M5.5A M0.1= Q0.0= Q1.5Network 5 / 半自動手動轉換LD M0.0A I0.0LPSA I0.5= M1.0LPPAN I0.5= M2.0= Q0.2Network

20、6 / 手動定位LD M1.0A I0.6LPSAN M1.1= M3.0LRDA I1.6= M1.1LPPAN M1.2= Q1.0Network 7 / 自動定位LD M2.0LPSAN M2.1= M3.1LRDA I1.6= M2.1LPPAN M2.2= Q1.0Network 8 / 定位指示LD M3.0O M3.1= Q0.3Network 9 / 延時15sLD M1.1O M2.1AN T37TON T37, 150Network 10 / 手動延時LD T37O M1.2= M1.2Network 11 / 自動延時循環(huán)LD T37O M2.2= M2.2Network

21、 12 / 手動夾緊LD M1.2LPSAN M5.1= Q1.1LPPA I2.0= M1.3Network 13 / 自動夾緊LD M2.2LPSAN M6.1= Q1.1LPPA I2.0= M2.3Network 14 / 手動入位LD M1.3A I0.7LPSAN M1.4= M3.4LRDAN M1.6= Q1.3LRDAN M1.5AN M1.6= Q1.4LPPA I1.7= M1.4Network 15 / 自動入位LD M2.3LPSAN M2.4= M3.6LRDAN M2.6= Q1.3LRDAN M2.5AN M2.6= Q1.4LPPA I1.7= M2.4Net

22、work 16 / 入位指示燈LD M3.4O M3.6= Q0.4Network 17 / 手動工進LD M1.4A I1.0LPS= M1.5AN M1.6= M3.5LPPA I1.5= M1.6Network 18 / 自動工進LD M2.4LPS= M2.5AN M2.6= M3.7LPPA I1.5= M2.6Network 19 / 工進指示LD M3.5O M3.7= Q0.5Network 20 / 延時30s LD M1.6O M2.6AN T38TON T38, 300Network 21 / 手動延時LD T38O M1.7= M1.7Network 22 / 自動延時

23、LD T38O M2.7= M2.7Network 23 / 手動停轉LD M1.7= M5.5= M5.0Network 24 / 自動停轉LD M2.7= M5.6= M6.0Network 25 / 故障指示LD I1.2O I1.3O I1.4= Q0.7Network 26 / 退位指示LD M3.2O M3.3= Q0.6Network 27 / 自動退位LD M6.0LPSAN M6.1= M3.3LRDAN M6.1= Q1.2LPPA I2.1= M6.1Network 28 / 手動退位LD M5.0A I1.1LPSAN M5.1= M3.2LRDAN M5.1= Q1.2LPPA I2.1= M5.14.3 程序運行圖 結論本次課程設計是實現(xiàn)液壓缸加工機床的電氣控制，通過電動機帶動動力頭進行切削加工，由液壓缸驅動快進，工進及快退。通過此次設計，了解到了液壓缸的原理和工作過程，同時掌握了PLC的設計和編程方法。這不僅使對知識的掌握更加熟練，同時也學會了一種分析問題，解決問題的方法。同時在此次設計中還發(fā)現(xiàn)一些不足之處：如對已經(jīng)學過的知識掌握不牢固，不能很好的把知識運用到實際中去。設計總結通過此次課程設計，使我更加扎